4.3 G ENAUIGKEIT DES C HLOROPLASTEN -T HYLAKOID -B IOSENSORS IM N ACHWEIS VON N ITROAROMATEN
4.3.4 Vergleich dotierte und realkontaminierte B…den
Was die TNT-Wiederfindungsraten aus den dotierten und realkontaminierten B…den angeht, so unterschieden sich die Messungen der HPLC f•r beide recht stark voneinander. So konnten in den dotierten B…den, abh€ngig von der Bodensorte, 14,02 % beim Humusboden bis 76,29 % beim Sandboden der dotierten Konzentration an TNT gemessen werden, w€hrend die
Ergebnisse in den realkontaminierten B…den von 6,06 % f•r Probe ABC 5 bis 30,79 % f•r ABC 3 reichten, jeweils im Vergleich zu den Angaben der Sanierer. Probe DEF stellte dabei mit einer Wiederfindungsrate von 111,24 % eine Ausnahme dar, allerdings auch mit 82,78 % Standardabweichung. Sowohl die Extraktionen in den dotierten B…den wie auch in den realkontaminierten B…den erreichen nicht die von K…rdel und Hund (1998) geforderten 70 % Wiederfindungsrate. Dabei gilt es zu beachten, dass die angewendete Extraktionsmethode nicht darauf ausgelegt war, die TNT-Gesamtkonzentration zu erfassen, sondern nur die
…kotoxikologisch relevante Konzentration zu extrahieren, wobei beide Konzentrationen im Allgemeinen nicht identisch sind (Schachtschabel et al., 1989). Im Vergleich zu Strong et al.
(1999) gilt festzustellen, dass dort maximal 40 % des zu B…den dotierten TNTs wieder extrahiert werden konnten, was in der angewendeten Extraktionsmethode bei drei der f•nf B…den - Acker-, Gr•nland- und Sandboden - •bertroffen werden konnte.
Dass in den Extrakten der realkontaminierten B…den wesentlich geringere TNT-Wiederfindungsraten gefunden wurden, l€sst sich daraus begr•nden, dass die angewendete Extraktionsmethode auf der einen Seite nur den l…slichen, bioverf•gbaren Anteil der Kontamination erfasst. Auf der anderen Seite wiederum, sorgt der Alterungsprozess der B…den f•r eine verst€rkte Festlegung von TNT an der Bodenmatrix, wodurch die Bioverf•gbarkeit begrenzt wird (Hatzinger und Alexander, 1995; Eschenbach et al., 2001;
Nam und Kim, 2002; Pennington und Brannon, 2002). Da •ber die Extraktion mit organischen L…sungsmitteln, wie bei den Sanierern betrieben, auch nichtl…sliche Bestandteile extrahiert wurden, €u†ert sich die hier wieder gefundene Konzentration an TNT in entsprechend geringeren Werten. Bei den dotierten B…den entfallen die alterungsbedingten Festlegungen, wodurch entsprechend h…here Wiederfindungsraten erzielt wurden.
Die Ergebnisse der dotierten B…den waren in sich wesentlich einheitlicher in ihren Wiederfindungsraten als die der realkontaminierten B…den (s. Abb. 3.10 und 3.16). Gleichsam stellten sich auch die Ergebnisse mit dem CT-Biosensor dar. So zeigten die Mittelwerte der Extrakte der dotierten B…den in den Messungen des CT-Biosensors lediglich beim Sandboden eine Standardabweichung von •ber 20 %, w€hrend bei den realkontaminierten Proben nur die Standardabweichung der Probe ABC 1 mit 19,59 % unterhalb dieser Marke lag. Begr•ndet liegen diese Unterschiede in einer Vielzahl von Faktoren. Zum einen ergeben, durch die geringen TNT-Konzentrationen der Extrakte der realkontaminierten B…den, geringe absolute Fehler bereits gr…†ere prozentuale Fehler wie die gleichen Abweichungen bei den dotierten B…den mit h…heren Konzentrationen. Die h…here Wiederfindungsrate an TNT in den dotierten B…den l€sst sich zum anderen damit begr•nden, dass im Rahmen der Bodenalterung eine
verst€rkte Festlegung von Inhaltsstoffen, also auch TNT, im Boden beobachtet wird (Schachtschabel et al., 1989; Hatzinger und Alexander, 1995; Durner, 2002). Hierbei handelt es sich zum Beispiel um einen nat•rlichen Um- oder Abbau von TNT durch Mikroorganismen (Fuller und Manning, 1997; Semple et al., 2001; Sung et al., 2004), wobei sich die entsprechenden Produkte mittels HPLC nachweisen lassen (Reifenrath et al., 2002).
Die in dieser Arbeit mittels HPLC detektierten Metabolite des TNTs sind in der Tabelle 3.9 mit dargestellt. Aus diesen Ab- und Umbauprozessen ergibt sich aber auch, dass die in den Extrakten der realkontaminierten B…den vorkommenden nitroaromatischen Verbindungen Beeinflussungen des Chloroplasten-Thylakoid-Biosensor besa†en, diese aber, wie aus Kapitel 3.1.2.1 hervorgeht, nicht quantifizierbar waren. Die Festlegung der Kontaminationen in gealterten B…den bedeutet weiter, dass realkontaminierte B…den weniger toxisch sind, als k•nstlich dotierte Bodenproben (Dodard et al., 2003; Ribidoux et al., 2003), womit sich die im Gesamten h…here Hemmung des CT-Biosensors bei den Extrakten der dotierten B…den im Vergleich zu den Extrakten der realkontaminierten B…den weiter erkl€ren l€sst.
An dieser Stelle ist ein systembedingter Unterschied zwischen den chromatographischen Messungen mittels HPLC und den biosensorischen Messungen mit dem Chloroplasten-Thylakoid-Biosensor ersichtlich. W€hrend die HPLC jede Substanz in einem Extrakt, entsprechend ihrer Absorptionseigenschaften aufzutrennen vermag, lassen sich die gleichen Substanzen mit dem Biosensor nur zusammen als Summenparameter der Gesamttoxizit€t erfassen. Dieser Unterschied zeigt aber auch an, dass es nicht direkt zu erwarten war, dass sich die nach HPLC und Biosensorik ermittelten TNT-Konzentrationen entsprechen. Beide Systeme erf•llen aber dennoch die Aufgabe eines Analyse-Systems, die realen Gegebenheiten darzustellen (Durner, 2002), wenn auch mit unterschiedlichen Aussagen: als einzelne Konzentration bei der HPLC und als gesamte Toxizit€t beim CT-Biosensor.
Des Weiteren wurde beschrieben, dass gebundenes TNT in B…den zu 40 % nicht mit organischen L…sungsmitteln l…slich ist (Pfortner et al., 1998), was auch auf eine verringerte L…slichkeit in Wasser r•ckschlie†en l€sst. Auch ist beschrieben, dass die h…chste Wiederfindungsrate von TNT bei dotierten B…den 2 Stunden nach der Dotierung erreicht wird (Reifenrath et al., 2002). Dies wei†t ebenfalls darauf hin, dass in den dotierten B…den noch keine starke Bindung von TNT an die Bodenmatrix vorliegt. Um eine feste Bindung an die Bodenmatrix zu gew€hrleisten, sind vor allem mikrobielle Vorg€nge n…tig (Schachtschabel et al., 1989), deren Umsatz erst nach einiger Zeit quantifizierbar ist (Fuller und Manning, 1997;
Northcott und Jones, 2000). Als Resultat dieser Vorg€nge ergaben sich die mit den beiden
Mess-Systemen festgestellten Unterschiede in den Wiederfindungsraten zwischen dotierten und realkontaminierten B…den.
Die unterschiedlichen Wiederfindungsraten an TNT innerhalb einer jeden Bodensorte k…nnen
•ber eine hohe struktur- und physikochemische Heterogenit€t in B…den (Schachtschabel et al., 1989; Northcott und Jones, 2000; P•ttmer, 2003) begr•ndet werden. F•r die Unterschiede in den realkontaminierten B…den lassen sich vor allem die geringe Mobilit€t von TNT (Gerth et al., 2000) und die damit verbundene heterogene Verteilung in den B…den (Durner, 2002), heranziehen. Daraus folgt, dass sich bei den in dieser Arbeit verwendeten mengenm€†igen Zusammensetzungen bei der Extraktion auf der Grundlage von 15-20 g realkontaminierten Boden plus 30-40 ml Wasser, immer im Verh€ltnis 1:2, keine statistisch homogene Verteilung der Kontamination TNT erreichen lie†. Daraus ergaben sich in den angefertigten Extrakten TNT-Konzentrationen, die untereinander stark abwichen. Der Einsatz gr…†erer Mengen war jedoch aufgrund des begrenzten Probenmaterials und einer angestrebten, ausreichenden Anzahl an Wiederholungen nicht m…glich. Bei den dotierten B…den waren diese Unterschiede zwischen den einzelnen B…den nicht zu beobachten, da f•r jeden angefertigten Extrakt erst der Boden eingewogen wurde und anschlie†end mit der entsprechenden Menge an TNT dotiert wurde. Darauf folgend wurde der gesamte Boden f•r die Extraktion verwendet. Somit war das Verh€ltnis von Boden zu TNT immer genau definiert. F•r die, wenn auch geringen Abweichungen in diesen Extrakten m•ssen dann wieder die bereits erw€hnten strukturellen Unterschiede in den jeweiligen B…den verantwortlich gemacht werden.